연구배경
에너지저장장치 중 대표적인 장치로 꼽히는 리튬이온전지는 저용량이라는 문제가 있다. 현재 전기자동차에 탑재되어있는 리튬이온전지는 한 번 충전하면 최대주행거리가 200~300km에 그치기 때문에 서울에서 부산까지 갈 수 없다. 게다가 전지를 여러 번 충전하기에는 충전소가 많지 않고, 한 번 충전 시 약 30분에서 1시간이 소요된다는 어려움이 있다. 친환경적인 전기자동차의 상용화를 위해서는 이 한계점들이 개선되어야 한다.
일반 자동차
중형 SUV 기준 최대 600km
이상 주행 가능
전기 자동차
리튬이온전지 기반
전기자동차 기준 최대
200~300km 주행 가능
연구내용
공기 내 산소를 연료로 사용하는 리튬공기전지는 리튬이온전지보다 에너지밀도가 2~3배 높아 전기자동차에 적용할 경우 500km 이상 장거리 운행을 할 수 있다. 하지만, 리튬공기전지가 구동될 때 리튬이온과 산소가 만나 리튬산화물이 형성(방전)되고 분해(충전)되는 과정을 반복한다. 이 때 형성된 산화물*은 충전 시 분해가 잘 이뤄지지 않아 전지의 성능·효율이 떨어져 전지의 수명이 짧아지게 된다. 연구진은 이 문제점을 극복하기 위해 자연광합성을 모사한 인공광합성 기술로부터 해결방안을 모색했다.
산화물 : 산소와 다른 원소와의 2원 화합물의 총칭.
자연광합성을 모사한 리튬공기전지용 고효율 촉매기술개발 모식도
인공광합성 시 물 분해 촉매로 주로 사용되는 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate,POM) 물질을 리튬공기전지의 공기 극 촉매로 도입한 것이다. 이에 따라 리튬공기 전지의 셀 저항이 크게 감소해 용량과 수명이 약 2배 향상됐다.
활용방안
현재 장거리 운행을 위한 전기자동차용 이차전지 중에서는 이론적으로 밀도가 가장 높은 리튬공기전지가 대안으로 꼽히고 있다. 이에 따라 이번 연구를 통해 현재 전지성능을 크게 개선시키고, 나아가 리튬공기전지의 실용화에 기여할 계획이다.